太阳能增湿除湿海水淡化系统性能研究

摘要

海水淡化技术是近年来解决全球淡水危机的主要方法之一。传统大型海水淡化技术不能切实解决边远、区域分散地区的淡水紧缺问题，且离不开化石燃料的使用，使其对燃料、电等价格敏感的同时也对环境造成污染。增湿除湿(HDH)海水淡化技术简单、适用于小型分散化装置，其装置运行稳健、维护费用低、能应用于高盐度海水，是非常有前景的小型化海水淡化技术之一。
　　本文以太阳能增湿除湿海水淡化系统作为研究对象，介绍了增湿除湿海水淡化技术的原理及分类，总结了国内外太阳能增湿除湿海水淡化技术的研究进展及现状。在此基础上，根据质量及能量平衡，建立了太阳能增湿除湿海水淡化系统的物理、数学模型，其中包括太阳能集热器系统、储热油箱系统、增湿除湿系统及换热器系统四个子系统的数学模型，并用MATLAB语言对系统数学模型进行编程及求解。
　　本文以大连地区9月15日和12月10日的太阳能辐射条件为例，详细分析了一至三效系统的运行工况。通过分析系统运行参数的变化可知，系统运行时可以通过调节增湿器入口海水质量流量、入口空气质量流量来控制增湿器入口海水温度、入口空气温度在恒定值，使得系统实现运行。
　　本文分析对比了9月15日一至三效增湿除湿海水淡化系统的热力性能。二效系统的造水比、日单位集热面积产水量较高，单位产水量换热面积最小，系统回收率最高，相对一效、三效系统，两效系统性能较优。
　　研究了两效系统中各效增湿器入口海水温度、入口空气温度、集热器面积等因素对系统性能的影响。在本文计算条件下，增湿器入口海水温度升高系统造水比、日单位集热面积产水量先升高后降低，系统回收率升高;一效增湿器入口空气温度升高系统造水比、日单位集热面积产水量升高，系统回收率降低;二效增湿器入口空气温度升高系统造水比、日单位集热面积产水量降低，系统回收率降低;系统集热器面积增大系统造水比、日单位集热面积产水量增大，系统回收率升高。增湿器入口海水温度与入口空气温度有一个最佳匹配值，使得系统造水比、系统日单位集热面积产水量达到最大，且当增湿器入口空气温度越高时，与其匹配的最佳增湿器入口海水温度也越高。在本文计算条件下，两效系统造水比最大值达到3.3，日单位集热面积最大值达到7.86kg/m2/d;系统造水比变化受增湿器入口海水温度、入口空气温度变化影响较大，受集热器面积变化影响较小;系统日单位集热面积产水量受增湿器入口海水温度变化影响最大，受集热器面积变化影响最小;系统回收率受增湿器入口海水温度变化影响最大，受集热器面积变化影响最小。
　　本文所研究的两效系统在最佳运行状态时，系统日单位集热面积产水量较高，且造水比较其他文献给出的最高结果高6.5％，具有一定的优越性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 海水淡化的研究背景与意义

1．2 中小型海水淡化技术方法及应用

1．2．1 船用海水淡化方法

1．2．2 海岛及边远内陆地区海水淡化方法

1．3 太阳能海水淡化技术

1．3．1 太阳能蒸馏海水淡化技术

1．3．2 太阳能多级闪蒸太阳能海水淡化技术

1．3．3 机械压缩太阳能海水淡化技术

1．3．4 太阳能多效蒸发海水淡化技术

1．3．5 太阳能反渗透法海水淡化技术

1．4 太阳能增湿除湿海水淡化技术研究进展

1．4．1 太阳能集热器的研究

1．4．2 增湿器的研究

1．4．3 多效增湿除湿系统

1．4．4 最佳气液流速比的研究

1．4．5 多级抽气注气循环系统的研究

1．5 本文研究内容

2 太阳能增湿除湿海水淡化系统数学模型及求解

2．1 太阳能增湿除湿海水淡化系统

2．2 增湿除湿海水淡化系统数学模型

2．2．1 集热器数学模型

2．2．2 储热油箱数学模型

2．2．3 增湿器数学模型

2．2．4 除湿器数学模型

2．2．5 换热器数学模型

2．3 增湿除湿系统性能参数

2．4 增湿除湿海水淡化系统数学模型求解

2．5 本章小结

3 太阳能增湿除湿系统的性能分析

3．1 集热器工作温度范围及导热油油温有效变化范围

3．2 系统运行工况分析

3．2．1 一效系统运行参数变化情况

3．2．2 两效系统运行参数变化情况

3．2．3 三效系统运行参数变化情况

3．3 不同效数太阳能增湿除湿海水淡化系统性能分析

3．4 两效太阳能增湿除湿海水淡化系统热力性能分析

3．4．1 增湿器入口海水温度的影响

3．4．2 增湿器入口空气温度的影响

3．4．3 集热器面积的影响

3．4．4 本文系统与其他HDH装置的对比

3．5 本章小结

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢